羽毛粉品質受羽毛加工條件之影響
摘要
羽毛粉含有胱胺酸、Lanthionine及甲硫氨酸之三種含硫氨基酸，研究加工之方法，以確定定量羽毛粉中含硫氨基酸之最佳條件。以離子交換層析分開含硫氨基酸，發現利用100mM檸檬酸鹽緩衝劑，在PH3.5之一種洗出系統可接受。過蟻酸氧化後行酸水解，但氧化之lanthionine亦分裂一大部份形成cysteic acid及不明化合物。這些結果表示，含有lanthionine樣品，水解前不應氧化。
確定羽毛加工期間，pH及壓力之影響，pH為5、7或9；及蒸汽壓力為207、276或345kpa，經30分，增加pH或蒸汽壓力，會增加胃蛋白𠕇可消化之蛋白質，當增加胃蛋白𠕇消化率時，羽毛粉之胱胺酸含量減少，且lanthionine含量卻增加，以2.5％添加試驗之羽毛粉於低含硫氨基酸之飼料，羽毛粉之調製，不影響飼料／增重比或雞之增重。
一、前言
羽毛粉為一種有效的用於飼料之高蛋白質副產物，但其蛋白質品質很差，羽毛粉很缺乏甲硫氨酸、離氨酸、組氨酸及色氨酸之氨基酸(1981Baker)，甲硫氨酸除外，羽毛粉中之這些氨基酸缺乏，可以黃豆粉之蛋白質補足(1984 NRC)。
除其氨基酸含量外，羽毛粉蛋白質之另外問題，為其消化率較劣。羽毛粉一般是在276~345kpa蒸氣壓力下，加熱30分(1961 Davise；1磅壓力／吋2＝6,895pascals)，在這些條件下加熱，然後乾燥，羽毛粉至少含有75％胃蛋白𠕇可消化之蛋白質(1961Davis)，在加熱期間或更長加熱時間之較高蒸氣壓力，會增加蛋白質之胃蛋白𠕇消化率，亦曾報告添加小量之酸或侫於髮，可減少指定胃蛋白𠕇可消化蛋白質之水準，所需之時間或壓力量(1979 Munch及Stein)。
增加羽毛粉中之胃蛋白𠕇可消化蛋白質之條件，亦增加胱胺酸轉變成lanthionine(1961 Davis)。當形成lanthionine時，會失去胱胺酸中之一半硫，另外，某些lanthionine型不能有效的被雞利用(1980 Robbins及Baker)，當胱胺酸轉變成lanthionine時，結果會大量減少生物有效性之含硫氨基酸含量。
本研究之主要目的為，再調查在羽毛加工期間，pH及蒸氣壓力如何變化，會影響羽毛粉之品質。利用3種方法以評價羽毛粉品質：(1)開發一種可分開獲得含硫氨基酸含量之方法。(2)羽毛粉蛋白質之胃蛋白𠕇消化率。(3)雞生物鑑定用作標準之增重及飼料／增重比。
二、原料及方法
***氨基酸調製及分開***
利用含有新(Meho)及Dl-lanthionine之一種lanthionine標準，以下的方式調製數種樣品，供作離子交換層析，(1)溶解cysteic acid及lanthionine於一種洗液緩衝劑。(2)lanthionine溶解於洗液緩衝劑前，先在110℃，以6N Hcl經16小時水解。(3)在40℃經16小時以過蟻酸氧化lanthionine(1963 Moore)，然後如(2)水解。(4)如(3)氧化lanthionine，然後在110℃水中經16小時加熱。
利用一種Technicon模式Nc─2P自動分析儀，以分開氨基酸，利用一種21㎝長之Technicon chromobeads之圓柱，作離子交換介質，圓柱之操作溫度60℃，流速0.5ml／分，遵照Technicon公司之教導，以100mM檸檬酸緩衝劑調製洗出緩衝劑，利用pH3.5緩衝劑洗出所有含硫氨基酸。在洗出後，利用pH4.25緩衝劑收回正白氨酸；且利用0.2N Nao洗清圓柱。以570nm檢洗液，確定氨基酸濃度。
利用前述的酸水解或過蟻酸氧化及酸水解，調製羽毛粉樣品，供作氨基酸分析、利用pH3.5緩衝劑分開氨基酸，所有分析作雙重複。
***羽毛粉樣品之調製***
此目的是調查pH及蒸氣壓力對羽毛蒸煮方法之影響，自加工廠收集肉雞羽毛，約25kg之濕羽毛不處理，懸浮於水中，這些羽毛之pH接近7，另批約25kg之濕羽毛，懸浮於70 l水中，藉添加27ml之8.6％磷酸，調製pH5，第3批是藉添加23g之碳酸鈉，調節pH9，調節pH後，每批排水。
每一批再分成3小批，每一小批在207、276或345R P a之蒸氣壓力下蒸煮30分，不鏽鋼鍋為一種球狀，直徑19.8㎝之設計定作設備，上半球與下半球以螺絲鎖穿，當裝試樣或卸試樣時必需移去螺絲，在壓力下慢反攪拌，然後，蒸烹之羽毛在52℃之強風烤爐乾燥，經乾燥後之原料磨成粉，然在大氣水分下使平衡。
***蛋白質之胃蛋白𠕇消化率***
重複測定羽毛粉蛋白質之胃蛋白𠕇消化率，應用一種標準方法(1980AOAC)，供作估計胃蛋白𠕇消化率。
***生物鑑定羽毛粉品質***
利用雞成長作生鑑定羽毛粉品質，配製一種低含硫氨基酸之基本的鑑定飼料(表1)，因筆者假定羽毛加工，會對有效性胱胺酸或lanthionine含量，有最大影響，經計算，此飼料含有17.61％蛋白質、0.285％甲硫氨酸及0.163％胱氨酸。所有其他營養，適合肉雞初期飼料之需求水準(1984 NRC)，蛋白質水準沒有指定除外。
表1. 低含硫氨基酸飼料之組成
| 成 分 | ％ |
| 黃玉米粉 | 40.00 |
| 玉米澱粉 | 14.00 |
| 葡萄糖 | 13.91 |
| 肉骨粉(50％CP) | 5.00 |
| 花生粉(50％CP) | 4.00 |
| 去皮黃豆粉(48.5％CP) | 4.00 |
| 脫水苜蓿粉(17％CP) | 4.00 |
| 分離之黃豆蛋白質(84％CP) | 4.00 |
| 酪蛋白(87％CP) | 3.00 |
| 動物脂肪 | 4.00 |
| 黃豆油 | 1.00 |
| 石灰石粉 | 0.75 |
| 磷酸氫鈣(24％Ca，18.5％P) | 0.70 |
| 食鹽 | 0.40 |
| l ─ 離氨酸、Hcl(98％) | 0.35 |
| l ─ 魚精氨酸 | 0.28 |
| l ─ 色氨酸 | 0.05 |
| l ─ 異白氨酸 | 0.06 |
| 維生素混合物1 | 0.45 |
| 微量礦物質混合物2 | 0.05 |
| 計算值： | |
| 蛋白質，％ | 17.61 |
| 甲硫氨酸，％ | 0.285 |
| 胱氨酸 | 0.163 |
1：每kg飼料供給：維生素A 1,500IV；維生素D 500 ICV；維生素E 10IV；menadione重亞硫酸鈉0.53mg；thiamin 118mg；riboflavin 3.6mg；泛酸10mg；菸鹼酸27mg；維生素B6 3mg；生物素0.15mg；葉酸0.55mg；維生素B12 0.009mg；氯化膽鹼1,000wg；ethoxyqani 125mg；葡萄糖對重量。
2：每kg飼料供：銅5wg；鐵50wg；錳50wg；硒0.1wg；鋅50wg；碳酸鈣對重量。
為使產生含硫氨基酸成長反應，以0、0.04或0.08％胱氨酸添加配合飼料，以2.5％水準添加各種羽毛粉樣品於飼料，取代等分之玉米澱粉及葡萄糖。自1~21日齡，每一種飼料給與四重複群雞，每重複群由3隻公肉雞及3隻母雞組成，帶電熱育雛器欄(batterypen)，作成長試驗，所有時間，飼料及飲水為有效。
***統計分析***
利用一般線型模式方法，調查添加飼料之胱胺酸對雞之增重及飼料／增重比之影響(1985 SAS lnstitute)，亦利用一般線型方法，調查當羽毛粉添加於飼料時，在羽毛加工期間之pH及壓力，對雞增重及飼料／增重比之顯重影響。基於對添加飼料胱氨酸之雞增重反應，利用直線迴歸預測羽毛粉中之有效性含硫氨基酸含量。
三、結果
起因於調製lanthionine之各種方法的影響，以離子交換層析。分開洗出cysteic acid及lanthionine(A)，lanthionine顯示兩尖峰之間，lanthionine同等分佈。當lanthionine遭受酸水解時(B)，在如(A)之同樣位置，洗出lanthionine尖峰，但每一尖峰之相對量，似乎有變化，大約40％發現於較早尖峰，而60％卻發現於後尖峰。
水解前lanthionine之氧化(C)，會引起洗出靶式之變化，導致兩主要尖峰，一產物為cysteic acid或與cysteic acid同時洗出，此產物含有原的lanthionine之約50％，其他尖峰假定是氧化之lanthionine型，含有原的lanthionine之約45％。當氧化lanthionine，然後在水中加熱時，所有物質必要在cysteic acid位置洗出。
當cysteic acid出現於氧化之lanthionine層析圖時，出現一染ninhydrin之另加尖峰，此尖峰約在60分洗出，可能發生氧化之lanthionine分裂成cysteic acid＋此未確認之化合物。
有標誌之尖峰及鄰接之小尖峰為兩lanthionine。自氧化之樣品及水解之樣品的層析圖，似乎並不是所有的lanthionine被氧化，基於這些結果，調製羽毛粉之試驗樣品供作氨基酸分析。係利用酸水解，沒有利用過蟻酸預先氧化。
羽毛粉樣品之化學分析，示於表2，當增加用於處理羽毛之蒸氣壓力時，胃蛋白𠕇可消化蛋白質亦增加，pH處理亦影響胃蛋白𠕇消化率值，在pH9蒸煮之羽毛，其胃蛋白𠕇可消化蛋白質較多於在較低之pH蒸煮者，有較多胃蛋白𠕇可消化蛋白質之羽毛粉，有較多之lanthionine及較少胱氨酸之趨向，在較低pH值蒸煮之樣品，亦似乎甲硫氨酸值較高。
表2. 藉化學方法之羽毛粉之分析
羽毛加工 |
乾 物 質 |
粗 蛋 白 質 |
胃蛋白𠕇 消化率
|
半胱1 氨酸 |
lanthionine1 | 甲硫氨酸1 | |
pH |
蒸氣壓力 |
||||||
| (KPa) | (％) | (樣品之％) | (CP之％) | 樣品之％ | |||
| 5 | 207 276 345 |
90.2 89.6 89.4 |
89.9 89.2 88.7 |
38 48 66 |
6.71 6.31 5.61 |
0.66 0.81 1.46 |
0.43 0.46 0.42 |
| 7 | 207 276 345 |
90.0 89.4 88.3 |
88.5 88.8 88.4 |
52 66 71 |
6.14 5.83 4.42 |
1.07 1.51 1.63 |
0.51 0.36 0.24 |
| 9 | 207 276 345 |
89.3 89.3 89.2 |
88.4 89.3 88.1 |
59 66 79 |
6.31 4.59 4.00 |
1.14 1.68 2.18 |
0.30 0.36 0.23 |
1：只有在酸水解後。
雞生物鑑定羽毛粉之品質結果，示於表3，添加胱氨酸於低含硫氨基酸之飼料，導致顯著改善增重及飼料／增重比；當羽毛粉以2.5％加入基本飼料，在加工期間之pH或壓力變化，對增重或飼料／增重比沒有引起任何顯著影響。
起因於增重(g)對飼料胱氨酸含量(％)之迴歸的方程式為：Y＝335＋0.53X。利用此方程式，預測羽毛粉樣品中之胱氨酸當量或生物有效性含硫氨基酸之總量(表3)。預測存於羽毛粉樣品之生物有效性含硫氨基酸之總量，有羽毛粉之1.80~3.48％範圍，但這些數值不受在加工期間之所有pH或壓力之影響。
表3. 加工羽毛粉對至3週齡雞之增重及飼料／增重比之影響
處 理 |
增重 | 生物有效性含硫氨基酸 | 飼料／增重比 |
| (g) | (羽毛粉之％) | (g／g) | |
| 低含硫氨基酸飼料 | 341 | ─ | 1.94 |
| ＋0.04％胱氨酸 | 358 | ─ | 1.83 |
| ＋0.08％胱氨酸 | 409 | ─ | 1.74 |
| SEM | ±159 | ─ | ±0.051 |
| P＝0.03 | ─ | P＝0.07 | |
| pH及壓力 | |||
| 5 207 276 345 |
393 393 406 |
2.76 2.72 3.32 |
1.76 1.74 1.74 |
| 7 207 276 345 |
379 374 410 |
2.04 1.84 3.48 |
1.83 1.73 1.74 |
| 9 207 276 345 |
383 385 373 |
2.24 2.36 1.80 |
1.75 1.83 1.86 |
| SEM | ±12.3 | ±0.044 |
1：自輔助胱氨酸之標準曲線及雞之增重計算，預估羽毛粉中之生物有效性含硫氨基酸。
四、討論
胃蛋白𠕇可消化羽毛蛋白質之％，只是用於指示羽毛品質之標準(1986 AAFCO)，他們說，羽毛粉必須有75％或以上之胃蛋白𠕇消化率，自本研究之訊息，支持這樣高值之好處。
羽毛粉之胃蛋白𠕇消化率，能受加工期間所用之蒸氣壓力及應用之多長蒸氣加工時間之影響(1961 Davis)，在蒸氣加工期間，增加內容物之pH，亦改善羽毛粉之胃蛋白𠕇消化率(1961 Davis；1979 Munch及Stein)。雖然Papado-poulose(1985)沒有測定他們之羽毛粉的胃蛋白𠕇消化率，但有注意此標準可藉與其他研究比較推斷。
在本研究，於加工期間，增加內容物之pH，導致較多之胃蛋白𠕇消化率，一如增加蒸氣壓力樣，但雞生物鑑定，沒有指出與胃蛋白𠕇消化率趨向一致，基於雞之成長，若羽毛粉以2.5％添加於飼料，此雞似乎自38~79％範圍之胃蛋白𠕇可消化蛋白質，得同量之含硫氨基酸，Papadopoulos(1985)發現，使用較長時間蒸煮加工，會降低很多氨基酸之真正有效性，可預期一種變數會增加胃蛋白𠕇消化率。
有高胃蛋白𠕇消化率之羽毛粉樣品，其飼養價可能較低，增加加工可能導致，自胱氨酸過量產生lanthionine(1961 Davis)，並降低其他氨基酸之消化率水準(1985 Papadopoulos)，胃蛋白𠕇消化率很低之羽毛粉樣品，可能消化很劣(1961 Davis)，應考慮確立關連羽毛粉樣品之品質的最小及最大的胃蛋白𠕇消化率之可行性。
本研究激起之另一問題是，應如何調製羽毛粉，供作氨基酸分析，在兩研究中，氨基酸定量發生在過蟻酸氧化後(1981 Baker；1985 Papadopoulos)，在這些研究之一中(1981 Baker)，cysteic acid及氧化之lanthionine，自離子交換圓柱同時洗出，然後，自沒有氧化之另一樣品，測定lanthionine含量，經由差異，計算胱氨酸值。在第2次研究(1985 Papadopoulos)沒有指定lanthionine含量如何測定，此地示之參考，不適於lanthionine分析。
但胱氨酸及lanthionine趨向與本研究或Davis示出的不很不致，有較長加工時間之羽毛粉，可預期會增加lanthionine含量，犧牲胱氨酸，羽毛粉樣品之胱氨酸值範圍，只有7.51~7.14％(1985 Papadopoulos)。
羽毛粉樣品之過蟻酸氧化，若經由差異估計，可能導引估計胱氨酸含量錯誤(1981 Baker)，大約一半之氧化的lanthionine，分裂產生cysteic acid十一種不明碎片，發生此分裂程度，在估計胱氨酸值會導引錯誤。
lanthionine有可與ninhydrin結合產生顏色之丙氨基，若氧化之lanthionine分裂成cysteic acid，自氧化之lanthionine，只有一個氨基會捐顏色於cysteic acid之尖峰，那麼自氧化之lanthionine只有一個氨基對cysteic acid之尖峰捐顏色，因而當而lanthionise捐助時，將減去太多之總cysteic acid，留太少視為胱氨酸。
羽毛粉之胱氨酸含量，應可能正確的測定，以樹立一可用於飼料配合之數值，水解前氧化之羽毛粉，曾假定能敘述羽毛粉之胱氨酸含量，因為在前段之基本理論，那些假定可能不正確。
對第二理由，那些假定亦可能不是正確，酸水解後富色氨酸之樣品，定量的減低自離子交換圓柱回收之胱氨酸量(1947 olcatt及Frankelconrat)，在約10對1之胱氨酸對色氨酸比，色氨酸產生之效果不再存在，一般，羽毛粉樣品有10或以上之胱氨酸對色氨酸比，因此，水解前氧化不可能增加羽毛粉樣品中之胱氨酸值，像其他蛋白質樣品之多。(譯自1990年6月號之Poultry science)
飼料營養雜誌(p.12~20)－陳厚基．九一年第十一期
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